医疗建模,惠及人人

作者 Thierry Marchal, ANSYS全球医疗保健产业总监

在医疗保健行业,高昂的成本令人无法接受,亟需可有效提高医疗覆盖面和经济可承受性、同时还能从容应对人口老龄化挑战的全新技术,然而,最重要的原则仍然是如何确保患者的安全,尽管不同的患者之间存在很大的差异性,但政府监管条令却需要一视同仁地确保医疗产品和治疗方案不会对患者造成任何伤害。可是,需要付出多大的代价呢?冗长的医疗研发/审批周期进一步提高了医疗成本。好消息是,全球快速发展的科技创新让业界受益良多,能充分发挥微型化、无线乃至智能软件等高科技进步带来的优势。

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Model Healthcare for All

Thierry Marchal ANSYS

医疗保健机构希望实现盈利,为此他们积极采用仿真工具和方法,不仅用来加速研发进度,同时也为确保极高的产品安全性和可靠性——达到100%有效的目标。计算机建模和仿真(计算机仿真测试)技术正在推动这一领域发生翻天覆地的变革:这种方法可提前提供具有极高价值的深度信息,并减少对动物研究和工作台测试的依赖,以加快产品的上市进程并提高投资回报率。创新企业现在把利用仿真视为实现个性化医疗的必经之路

心血管疾病

目前,心血管领域正面临极大的压力,需要研发出比传统产品更安全、更低成本的微创产品和治疗方案。计算机模型能够非常准确地预测主动脉瘤支架如何对特定患者发挥作用,这一点已获得Cardiatis研究的验证。战略性地使用仿真技术可以促进研发工作,并帮助监管机构、保险公司和投资商对产品进行验证。

多物理场方法能将血流、心血管结构和电子/机械设备性能整合在一起,从而确保模型的保真度。在治疗患有主动脉瓣狭窄的高龄高危患者时,一家主动脉瓣制造商利用仿真技术能够更好地了解植入物的受力情况,而这个在以前是无法进行准确测量的。

谢菲尔德大学(University of Sheffield)的临床心血管专家对狭窄间压降的无创建模技术进行了研究。医院研究提供的定量标准可用于确定是采用有创性手术,还是对病症不太严重的患者采用药物治疗,其诊断准确度高达97%。

骨科

为了力求创新,同时最大限度地降低患者风险,此前仅专注于单个骨骼的骨科领域,现在已能综合全面地分析骨架,包括诸如行走等运动行为以及作用在植入物上的MRI多物理场效应等。

仿真技术甚至还在手术计划方面证明着它的价值。生物力学建模不仅能缩短手术时长,还能降低颅骨畸形的婴儿在治疗时所面临的风险。另一个临床小组则根据所预测的关节反作用力,采用仿真技术优化组件定位。结果显示,在6个月的时间节点上,接受计算机辅助手术治疗的患者群体能够更好地行走

诊断设备

研发工作不仅惠及医疗成像领域,同时也深入到诊断领域,甚至假以时日还能支持自动治疗的范畴。便携式可穿戴设备能跟踪机体功能,进而提供电子化数据。实现快速安全的创新,亟需多物理场仿真技术,对包括无线设备、天线及它们与人体相互作用的完整系统进行建模,才能有效进行性能评估。Synapse的工程师让其产品的覆盖范围扩大了5倍,同时还将研发时间缩短了约3个月。采用远程充电电池的设备必须符合SAR标准,而且政府机构已接受将Medtronic的仿真结果作为充电系统不会干扰局部软组织的证明。

医疗和医院用品

在医疗用品领域,医疗与医院供应电子设备的使用越来越广泛,甚至有些医院的病床还能够自动检测患者的机体功能。Starkey Hearing Technologies采用仿真技术不仅提升了无线助听器的性能,同时还通过快速迭代设计备选方案大幅节约了时间和资金。

由于众多患者还没来得及等到捐献的肾脏、肺、心脏等器官就不幸身故,所以在此情况下,人造器官能有效挽救生命。对于不太复杂的小型人造器官设计,多物理场系统仿真至关重要。

制药

计算机仿真建模不但能加速制药和生物技术企业的创新进程,同时还能帮助FluidDA研究人员更好地实现肺功能的可视化,从而以更快的速度和更低的成本完成呼吸道药物的临床测试。该方案在很少的患者身上测试便能证明药物的有效性,从而有望使研发流程缩短数年,同时节约成百上千万美元的资金。某家一次性生物制药混合设备的生产商利用仿真技术大幅减少了原型的构建和测试数量,从而节约了大量的成本。

医疗保健产业的未来非常光明,这要部分归功于多物理场仿真技术和计算机仿真临床测试的作用。专家预测,在未来10年,将有多达60%的测试通过计算机进行。要做到这一点,企业必须进一步向各个水平工程师推广仿真技术,这同时也有助于加速产品研发。大众能够享受医疗服务,行业中的各大企业同时也能实现盈利,这是个双赢局面。